4.2.8. Автотрансформаторы, особенности конструкции и режимы работы

В установках 110 кВ и выше широкое применение находят автотрансформаторы (AT) большой мощности. Объясняется это рядом преимуществ, которые они имеют по сравнению с трансформаторами.

Однофазный автотрансформатор имеет электрически связанные обмотки 0В и 0С (рис.4.18). Часть обмотки, заключенная между выводами В и С, называется последовательной, а между С и 0 — общей.

При работе автотрансформатора в режиме понижения напряжения в последовательной обмотке проходит ток I_В, который, создавая магнитный поток, наводит в общей обмотке ток I₀. Ток нагрузки вторичной обмотки I_С складывается из тока I_В, проходящего благодаря гальванической (электрической) связи обмоток, и тока I₀, созданного магнитной связью этих обмоток: , откуда .

Рис. 4.18. Схема однофазного автотрансформатора

Полная мощность, передаваемая автотрансформатором из первичной сети во вторичную, называется проходной.

Если пренебречь потерями в сопротивлениях обмоток автотранс­форматора, можно записать следующее выражение:

Преобразуя правую часть выражения, получаем

где — трансформаторная мощность, передаваемая магнитным путем из первичной обмотки во вторичную; — электрическая мощность, передаваемая из первичной обмотки во вторичную за счет их гальванической связи, без трансформации.

Эта мощность не нагружает общую обмотку, потому что ток из последовательной обмотки проходит на вывод С, минуя обмотку 0С.

В номинальном режиме проходная мощность является номинальной мощностью автотрансформатора S=S_H0M, а трансформаторная мощность —типовой мощностью Sт = Sтип.

Размеры магнитопровода, а следовательно, его масса определяются трансформаторной (типовой) мощностью, которая составляет лишь часть номинальной мощности:

где n_BC=U_B/U_C — коэффициент трансформации; — коэффициент выгодности или коэффициент типовой мощности.

Из последней формулы следует, что чем ближе к , тем меньше и меньшую долю номинальной составляет типовая мощность. Это означает, что размеры автотрансформатора, его масса, расход активных материалов уменьшаются по сравнению с трансформатором одинаковой номинальной мощности.

Например, при и , а при и .

Наиболее целесообразно применение автотрансформаторов при сочетании напряжений 220/110; 330/150; 500/220; 750/330.

Из схемы (рис. 4.18) видно, что мощность последовательной обмотки

Мощность общей обмотки

Таким образом, еще раз можно подчеркнуть, что обмотки и магнитопровод автотрансформатора рассчитываются на типовую мощность, которую иногда называют расчетной мощностью. Какая бы мощность ни подводилась к зажимам В или С, последовательную и общую обмотки загружать больше чем на нельзя. Этот вывод особенно важен при рассмотрении комбинированных режимов работы автотрансформатора. Такие режимы возникают, если имеется третья обмотка, связанная с автотрансформаторными обмотками только магнитным путём.

Третья обмотка автотрансформатора (обмотка НН) используется для питания нагрузки, для присоединения источников активной или реактивной мощности (генераторов и синхронных компенсаторов), а в некоторых случаях служит лишь для компенсации токов третьих гармоник. Мощность обмотки НН S_HH не может быть больше , так как иначе размеры автотрансформатора будут определяться мощностью этой обмотки. Номинальная мощность обмотки НН указывается в паспортных данных автотрансформатора.

Для АТ возможны различные режимы работы: передача мощности со стороны ВН на СН при отключенной обмотке НН; передача мощности из обмотки НН в СН или ВН; передача из обмоток ВН и НН в обмотку СН и другие режимы. Во всех случаях необходимо контролировать загрузку общей, последовательной обмоток и вывода СН, для этого устанавливают трансформаторы тока ТА1, ТА2 и ТАО (рис. 4.19). Трансформаторы ТА1 и TA2 устанавливаются на выводах В и С автотрансформатора, а ТАО встраивается в общую обмотку.

Выводы, приведённые для однофазного AT, справедливы и для трёхфазного.

К особенностям конструкции автотрансформаторов следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали, общей для обмоток ВН и СН. Объясняется это следующим. Если в системе с эффективно заземлённой нейт­ралью включить понижающий автотрансформатор с незаземленной нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение вместо , напряжение выводов обмотки СН возрастет примерно до U_в, резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповрежденных фаз. Аналогичная картина наблюдается в случае присоединения повышающего автотрансформатора с незаземлённой нейтралью к системе с эффективно заземлённой нейтралью.

Такие перенапряжен

Рис. 4.19. Схема включения трансформаторов тока

для контроля нагрузок обмоток

ия недопустимы, поэтому нейтрали всех ав­тотрансформаторов глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН или СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ.

Таким образом, можно отметить следующие преимущества автотрансформаторов по сравнению с трансформаторами той же мощности:

• меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

• меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

• меньшие потери и больший КПД; более лёгкие условия охлаждения.

Недостатки автотрансформаторов:

• необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ;

• сложность регулирования напряжения;

• опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.